威尔凯变频在空压机节能改造中的应用

Abstract: This paper introduces Wer Kai Electric (Shanghai) Co., Ltd. R & D production WKS Series Frequency transformation in the content of screw air compressor, and to achieve the energy saving effect.
Key words: Air compressor Inverter  WKS

一、前言
　　空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。作为基础工业装备，空压机在冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等几乎所有的工业行业都有广泛的应用。空压机占大型工业设备(风机、水泵、锅炉、空压机等)耗电量的15%。由于结构原理的原因，大部分空压机自身存在着明显的技术弱点。
　　随着威尔凯在中国设立威尔凯电气（上海）有限公司以来，WKS系列变频器产品在调速领域中的应用越来越广泛。它具有运行稳定、操作方便，节能效果明显等优点，越来越受到广大工程技术人员和管理人员的重视。绝大部分生产设备都用到压缩空气，以前都是由单个的小型空压机供气，这种供气方式存在着压力不稳定，故障率高，维修成本大等缺点。

二、空压机改造前后的运行状况
德标管业（上海）有限公司共有螺杆式空气压缩机5台，空压机具体参数如下表：
设备名称 数量 功率 转速 工作压力 备注
螺杆式空气压缩机 5 90KW 2900r/min 6.5kg-7.8kg 不稳定
合计 2 90KW   现改造两套

   设备改造前，为每两台空压机一用一备，全部工作在工频状态，起动方式为星三角降压起动，压力控制采用两点式控制（上下限控制），即空压机气缸内压力达到设定上限时，空压机通过本身的油压关闭气阎，当压力下降到设定下限时，空压机打开进气阀。由于生产过程中用气量的变化，空压机也频繁地加载和卸载，主电机的启动电流仍然很大，影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全，且电机工频起动设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护工作时对机械量大。主电机时常空载运行过程中不产生压缩空气，属非经济运行，电能浪费严重，电机在工频运行致使空压机运行时噪音很大等原因，因此对其进行变频改造是很有必要的。
目前的运行状况是：空载电压：405V 电流：116A；工作电压：411V 电流：185A ；空载工作的视功功率：48KW 工作视功功率：132KW ； 空载有功功率：47KW 工作有功功率：115KW；压缩机功率为90KW 转速为：2900转每分。 目前空气压缩机输出压力上限设定在：7.8kg,下限压力设定在：6.5 kg 平均工作压力在7.0kg ,实现了恒压供气。

三、威尔凯变频节能原理
     螺杆式空压机基本运行方式是加载、减载方式。减载时电机空转,能源白白的浪费，如果利用WKS系列变频器通过改变电机频率来调节转速，变频控制即通过改变电动机的转速来控制空压机单位时间的出风量，从而达到控制管路的压力，具有明显的节能效果。空压机变频节能系统原理：通过压力变送器测得的管网压力值与压力的设定值相比较，得到偏差，经PID调节器计算出变频器作用于异步电动机的频率值。由WKS变频器输出的相应频率和幅值的交流电，在电动机上得到相应的转速。那么空压机输出对应的压缩空气输出至储气罐，使之压力变化，直到管网压力与给定压力值相同。变频器，压力变送器、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统自动调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压控制。反馈压力与设定压力进行比较运算，实时控制变频器的输出频率，从而调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定压力上。
系统改造时保留原工频系统不变，只需威尔凯变频控制系统，无须再培训操作人员，当空压机控制系统运行，变频系统自动进入运行状态。本系统采用压力闭环调节方式，通过变频器的控制面板设定空气压力定值，在储气罐上安装个压力传感器。将空气压力信号转换为 0 ～ 10 V 的电信号，反馈到变频器内部的 PID 调节器，调节器将信号与压力定值进行比较运算，然后输出控制信号，变频器再根据此信号输出频率，调节电动机的转速，使空气压力保持稳定，这样空压机始终保持在节电运行状态。

 四、系统原理设计方案
　　变频控制系统由以下部分:变频器、变频柜、电抗器、压力变送器、交流接触器、中间继电器等组成，变频控制柜功有：启动、运行、停止、切换、报警等控制功能。WKS系列变频器采用先进控制技术，根据用户压缩空气的需求量，在不改变原有的控制系统线路下，采用压力传感技术来检测网管压力，使压缩机马达在空载运行时停止运行，根据用气量自动调整供气压力保证空压机始终运行在节能状态，可大幅节省用电量，达到节电的目的。
系统运行步骤：
   (1)、开机前选择变频/工频启动；
　(2)、启动空压机“启动”键，变频器在设定的时间内启动，空压机开始工作；
   (3)、变频器根据现场压力变送器检测网管出口压力进行比校，经PID指令运算，调节变频器输出频率；
   (4)、停上空压机，空压机与变频器同时停上工作；

五、投资分析
1．投资
设备名称 功率（KW） 变频器型号及品牌 数量（套） 单 价（RMB） 总价（RMB）
螺酐式空气压缩机 90 威尔凯WKS110G4TC 1 45347.00 45347.00
安装调试    10% 4534.00
税金    8% 3627.00
合计     53508.00
总计 伍万叁仟伍佰零捌圆整
2．投资回收期
现以贵公司改造两套中的一套为例来计算：功率为110KW，总投资额为53508.00元，公司运作情况为日均工作24小时,负荷率取0.87,电费为0.8元/度,每月30天，节电率20%那么：
月节电费=总功率×负荷率×月运行时间×电价×节电率
=90×0.87×24×30×0.8×20%
=9020（元）
年节电费=月节电费×12个月
=9020×12
=108240（元）
投资回收期=投资总额÷月节电费
=53508÷9020︽6个（月）
由此可见约需六个月就可以收回投资。

六、改造后几大优点
　(1)、节能降耗。
　(2)、电动机从低速起动，冲击电流小，电动机和空压机运行平稳。
　(3)、由于变频器具备较强的保护功能，降低了设备故障率。
　(4)、系统压力更加稳定，提高了产品质量。(5)、很大程度上减少了该公司电气工程师的工作强度。

七、结束语
 该公司通过使用威尔凯WKS系列变频器进行两套空压机节能改造后，经过一年多的实际运行，工作正常，压力稳定，节能效果显著，使得公司高屋管理人员看到了节能效果，从而很大程度上减轻了公司的电费支出，同时也表明威尔凯进入中国市场后为我国的节能减排所做出的努力与信心！